Разделы: Педагогика, Химия
Размещена 09.01.2025. Последняя правка: 08.01.2025.
Просмотров - 142

Применение цифровой лаборатории «Releon» и «Научные развлечения»

Манин Константин Владимирович

к.б.н.

ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии ФАНО

н.с.

Саранцев А.В., учитель физики ГАНОУ СО «Губернаторский лицей»

УДК 004.9:536:542.1

Введение

Сегодня важную роль в развитии общества играют цифровые «сквозные» технологии, введение которых в образовательный процесс продиктовано целями национального проекта «Цифровая экономика Российской Федерации» [1]. Установлено, что высокая степень погружения в изучаемые процессы и вовлеченность учащихся в познание позволяет повысить мотивацию к обучению, а детальная визуализация процессов повысит эффективность запоминания изучаемых элементов [1; 2]. Улучшение качества образования через обеспечение образовательных учреждений информационно-коммуникативными технологиями, создание дополнительных электронных учебных программ и практикумов, а также повышение уровня знаний и навыков учителей и учеников по использованию этих технологий является актуальной задачей для многих стран мира [2; 3; 4; 5; 6; 7]. Кроме того, установлено, что проведение уроков по физике в параллели 9-х классов с использованием цифрового оборудования «Научные развлечения» способствовало коммуникации между учащимися и научило их структурировать и анализировать результаты физических экспериментов [8].

Поэтому в данной работе будет продолжено применение цифровых лабораторий фирм «Releon» и «Научные развлечения» в процессе обучения химии и физики по теме «Тепловые явления».

Цель исследований состояла в изучении эффективности применения цифровых лабораторий фирм «Releon» и «Научные развлечения» в процессе обучения химии и физике по теме «Тепловые явления».

Материалы и методы

Цифровые лаборатории «Releon» подходят как для базового уровня изучения естественных наук, так и для профильного обучения. Могут применяться для любых типов занятий и возрастных групп: от начальной школы (к примеру, использование датчика расстояния при знакомстве с линейкой) и заканчивая старшей школой (работая с осциллографом из комплекта для регистрации и изучения электрических сигналов).

Датчики из комплектов позволят заменить или не использовать часть устаревшего оборудования. Или, наоборот, задействовать старое для построения новых экспериментов. В нашем случае мы использовали датчик высоких температур и калориметр для наших экспериментов.

Перед началом работы необходимо установить програмное обеспечение ReleonLite для своей операционной системы с сайта производителя из раздела «Поддержка» [9]. Методики экспериментов и детальное описание датчиков прилагается к набору цифровой лаборатории.

В данном исследовании применялись датчики высокой температуры для регистрации изменений температурного режима в процессе реакции нейтрализации [10].

Исходя из изученных источников [11; 12], существует несколько наборов цифровых лабораторий, которые используется в школах Российской Федерации. Это наборы: «Цифровая лаборатория «ЛабДиск», «Цифровая лаборатория «Научные развлечения», «Цифровая лаборатория «Архимед». Министерством образования РФ рекомендована к использованию «Цифровая лаборатория «Научные развлечения», широко применяемая на уроках физике в ГАНОУ СО «Губернаторском Лицее» г. Екатеринбурга.

В 2022-2023 учебном году с помощью данного цифрового оборудования было проведено более шестнадцати уроков в параллели 9-х классов. Дети получили наглядные представления о кинематике, электричестве и магнетизме; научились структурировать и анализировать результаты физических экспериментов; с удовольствием поработали в команде, улучшая навыки коммуникации [7].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

На данном этапе применения цифровой лаборатории использовался датчик высоких температур при изучении температурных изменений в ходе реакции нейтрализации. Полученные результаты представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Использование датчиков высоких температур при изучении темы

Как видно на рисунке 1 величина фиксированной температуры зависит от стадии и времени прохождения химической реакции. Почти все химические реакции сопровождаются либо выделением, либо поглощением тепла (10). Реакции, протекающие с выделением тепла, называются экзотермическими реакциями. Продукты экзотермической реакции содержат меньший запас энергии, чем реагенты (10). В результате экзотермической реакции вещества нагреваются. Выделившееся тепло передается в окружающую среду до тех пор, пока не происходит выравнивание температур (10). Так, например, реакция кислоты с основанием – экзотермический процесс: на каждый моль образующейся воды выделяется 57,22 кДж тепла (10). Методика проведения данного опыта описана в методических разработках фирмы Releon (10).

Из приведённых на диаграмме данных видно, что величина температуры изменялась в диапазоне приведённых интервалов времени. С 4 по 22 минуту эксперимента наблюдалась первая стадия химической реакции, связанная с затратой внутренней энергии системы, что связано с добавлением кислоты к исходному раствору гидроксида натрия (рис. 1). С 22 по 31 минуту эксперимента наблюдалась вторая стадия химической реакции, связанная с выделением энергии в систему, что связано с образование продукта реакции нитрата натрия (рис. 1). Наличие соли в растворе тоже можно подтвердить, при помощи датчика, регистрирующего нитрат-анионы в растворе спустя некоторое время.

На уроке по физики применялась цифровая лаборатории «Научные развлечения», где использовался датчик температур 0-120 градусов Цельсия при изучении температурных изменений в ходе установление термодинамического равновесия. Полученные результаты представлены на рисунке 2.

Рисунок - 2 Использование датчика температур 0-120 градусов Цельсия при изучении темы «Установление термодинамического равновесия»

В данном демонстрационным эксперименте исследовался процесс установление термодинамического равновесие между холодной и горячей водой. Термодинамическое равновесие — это состояние системы, при котором ее характеристики остаются постоянными со временем. В этом состоянии в системе не происходят необратимые процессы, такие как теплопередача, диффузия или химические реакции, которые могут приводить к рассеиванию энергии. Таким образом, в термодинамическом равновесии система находится в стабильном состоянии, где все её параметры, такие как температура, не изменяются. Методика проведения данного опыта описана в методических разработках фирмы Научные развлечения [13].

В демонстрации использовались две пробирки и два датчика, которые измеряли температурные параметры этих пробирок: одна с холодной водой, температура которой один датчик графику x, и другая емкость с горячей водой, температура которой соответствует графику г. На рисунке 2 видно, что первые 20 секунд в этот момент температура холодной воды значительно ниже, чем температура горячей воды. После того как мы помещаем пробирку с холодной водой в емкость с горячей водой. Спустя некоторое время, мы наблюдаем, что температура холодной воды начинает резко повышаться, а температура горячей воды – остается без изменений. Период изменения с температуры на кривой холодной пробирке с 25 градусов до 68 градусов соответствует принципу теплопередачи, где тепло будет передаваться от горячей воды к холодной, что приведет к изменению температур обеих пробирок. С 150 секунды видно, что обе кривые со временем выравниваются и становятся единой прямой. С этого момента можно утверждать, что наступило термодинамическое равновесие, так как температура не меняется.

Что касается внутренней энергии холодной воды, то в процессе теплопередачи мы можем утверждать, что внутренняя энергия системы изменяется. При повышении температуры холодной воды её молекулы начинают двигаться быстрее, что указывает на увеличение внутренней энергии. Это означает, что внутренняя энергия холодной воды увеличивается на количество тепла, полученное от горячей воды.

Выводы

Таким образом, применение данной цифровой лаборатории Releon действительно способствует развитию творческого потенциала учащихся и позволяет наглядно продемонстрировать некоторые химические эффекты. Данные, полученные в ходе эксперимента, совпадают с имеющимися данными о зависимости величины температуры от стадии прохождения химической реакции. А использование цифровой лаборатории «Научные развлечения» позволяют адаптировать учебный материал под индивидуальные потребности и уровень подготовки каждого ученика, что способствует более эффективному обучению. По графику процесса «Установление термодинамического равновесия» можно утверждать мы можем заключить, что процесс теплопередачи не только выравнивает температуры, но и приводит к значительным изменениям во внутренней энергии холодной воды.

1. Герасимова И.В., Курганова Н.А. Электронное строение атома в виртуальной реальности: интегрированный урок химии и информатики. // «Информатика в школе», 2023, №2. URL: http://infojournal.ru/journals/school_02-2023/.
2. Ламанаускас В., Вилконис Р. Педагогическая значимость и возможности использования обучающе-образовательной платформы дополненной реальности при обучении химии. // Конференция «Свиридовские чтения», 2008, выпуск 4, с. 296-301. URL: http:www.researchgate.net.
3. Белохвостиков А.А. Дополненная реальность в преподавании химии: возможности и перспективы использования. // Конференция «Свиридовскик чтения», 2018, выпуск 14, с. 131-140. URL: http:www.researchgate.net.
4. Касперский И.В., Парамонов А.И. Применение технологии дополненной реальности на уроках химии для развития индивидуального подхода в образовании. // «Непрерывное профессиональное образование лиц с особыми потребностями: сборник статей V Международной научно-практической конференции, Минск, 14 декабря 2023. URL: https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/54082.
5. Шилько Ж.Н., Пиртань Д.С., Белохвостиков А.А. Использование виртуальной реальности в обучении химии. // Вестник науки и образования, 2021. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ispolzovanie-virtualnoy-realnosti-v-obuchenii-himii.
6. Балькина Е.А. Разработка и применение AR-приложений для изучения химии и биологии в школе. // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия: Информатика и информатизация образования, 2023. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-i-primenenie-ar-prilozheniy-dlya-izucheniya-himii-i-biologii-v-shkole.
7. Саранцев А.В. Современный лабораторный практикум по физике на основе цифровой лаборатории как основа внедрения ФГОС. // Современные тренды развития математики, физики, информатики в условиях реализации ФГОС : Материалы форума, Екатеринбург, 23 марта 2023 года. – Екатеринбург: Государственное автономное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Свердловской области "Институт развития образования", 2023. – 136 с.
8. Цифровая лаборатория. Методическое руководство по работе с комплектом оборудования и с программным обеспечением фирмы " Научные развлечения" / [А.Н.Болгар, О. А. Поваляев, Н. К. Ханнанов, С. В. Хоменко]. - Москва, 2011, с 89.
9. Методические разработки лаборатории «Releon» [Электронный ресурс]. URL: https://rl.ru/support.
10. Методические разработки лаборатории «Releon»: Лабораторная работа №6 «Экзотермические реакции» [Электронный ресурс]. URL: https://rl.ru/support.
11. Петрова М. А. Многообразие датчиковых систем для компьютеризированного физического эксперимента. // Вестник Пермского Государственного Гуманитарно-Педагогического Университета. Серия: Информационные компьютерные технологии в образовании, 2009, №5, с. 146-158.
12. Потоскуев С.Э. Учебные цифровые лаборатории в практике общеобразовательной школы. // Материалы VIII Международной научно-практической конференции «Наука, Образование, Общество: Тенденции и Перспективы развития. - Чебоксары, 03 декабря, 2017.
13. Поваляев О.А., Ханнанов Н.К., Хоменко С.В. Механические явления. Руководство по выполнению демонстрационного эксперимента – М.: ООО «МАКССПЕЙС», 2013. – 72 с.

Рецензии:

10.01.2025, 19:41 Кузнецов Вячеслав Алексеевич
Рецензия: Рецензия Кузнецова Вячеслава Алексеевича на статью «Использование цифровых лабораторий «Releon» и «Научные развлечения» в обучении химии и физике». Статья подчеркивает актуальность и значимость темы исследования. Она акцентирует внимание на положительном влиянии цифровых технологий на образовательный процесс, улучшении визуализации и мотивации учащихся. Однако, предлагаю несколько рекомендаций для повышения научной значимости работы: 1. Углубить описание конкретных экспериментов, а также представить количественные данные и статистический анализ, что сделает статью более убедительной. 2. Расширить обсуждение, уточнив, как использование цифровых лабораторий способствует развитию ключевых навыков учащихся, таких как аналитическое и критическое мышление. 3. Включить больше примеров успешного применения цифровых лабораторий в других образовательных учреждениях или странах, что позволит продемонстрировать универсальность подхода. 4. Обеспечить доступность всех источников из списка литературы и проверить актуальность ссылок. 5. Добавить более подробное описание методологии исследования, включая выборку, инструменты и методы анализа данных, чтобы повысить прозрачность исследования. Эти рекомендации призваны улучшить качество статьи, повысить её научную ценность и убедительность. Статья имеет потенциал для публикации с учетом внесения предложенных правок.

12.01.2025, 10:37 Барабанов Родион Евгеньевич
Рецензия: В содержании работы рассматриваются новые образовательные технологии. Сложность и одновременно новизна работы заключаются в организационно-обучающей и развивающей специфике как самого предмета (дисциплины), так и группы обучающихся. Актуальность исследования заключается в применении инновационных средств обучения. Рассматриваемая в данной работе проблема крайне важна в контексте современного развития педагогической науки. Сформулированные авторами тезисы позволили определить основные направления организации эмпирического исследования. Однако авторами не был проведен количественный и качественный анализ данных на констатирующем этапе работы с группой учащихся, не была дана их убедительная интерпретация. Статистические методы должны быть подобраны в соответствии с целями исследования. Иллюстрация полученных данных должна быть представлена посредством таблиц и диаграмм, что делает их наглядными и убедительными. Представленные в работе гипотезы были подтверждены частично. В работе есть дискуссионные фрагменты по интерпретации результатов. Статья может быть рекомендована к печати после внесения дополнений.

14.01.2025, 11:18 Костогладова Любовь Петровна
Рецензия: 14.01.25.Костогладова Любовь Петровна Научная и практическая значимость статьи очевидна. Материал, представленный в работе, актуален и интересен и актуален. Статья рекомендована для публикации.

14.01.2025, 16:27 Макарова Наталья Александровна
Рецензия: Научная публикация автора Манина К.В. "Применение цифровой лаборатории «Releon» и «Научные развлечения»" написана на актуальную тему. В статье сформулирована цель. При этом из раздела "Материалы и методы" непонятно какие материалы использовал автор в работе и что он подразумевал под понятием материалы. Также в работе недостаточно полно описаны методики проводимых исследований. Целесообразно к поставленной цели сформулировать задачи и более точно сформулировать выводы, опираясь на поставленные задачи. Считаю, что статью автора Манина К.В. необходимо конкретизировать и доработать.

15.01.2025, 13:25 Балтаева Мухаббат Матназаровна
Рецензия: Научная публикация автора Манина К.В. "Применение цифровой лаборатории «Releon» и «Научные развлечения»" написана на очень актуальную тему. Применение цифровой лаборатории действительно способствует развитию творческого потенциала учащихся и позволяет наглядно продемонстрировать некоторые химические эффекты. При этом можно экономить и время и вещество для эксперимента. Самое главное, можно провести эксперименты повторно. И это позволяют адаптировать учебный материал под индивидуальные потребности и уровень подготовки каждого ученика, что способствует более эффективному обучению. Но в работе недостаточно полно описаны методики проводимых исследований. Но это никак не влияет на смысль статьи. Статья может быть рекомендована к печати. С уважением Балтаева М.М.



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий